Используя уникальную природу ДНК, инженеры Корнелла создали простые машины, построенные из биоматериалов со свойствами живых существ.

Используя то, что они называют DASH (сборка на основе ДНК и синтез иерархических материалов), инженеры создали материал ДНК, обладающий способностью к метаболизму, в дополнение к самосборке и организации - трем ключевым признакам жизни.

"Мы представляем совершенно новую концепцию реалистичного материала, работающего на собственном искусственном метаболизме. Мы не создаем что-то живое, но мы создаем материалы, которые гораздо более реалистичны, чем когда-либо видели раньше", - сказал Дэн Ло, профессор биологической и экологической инженерии.

Статья опубликована в Science Robotics.

Чтобы любой живой организм мог поддерживать себя, должна существовать система управления изменениями. Должны быть созданы новые клетки; старые клетки и отходы должны быть уничтожены. Биосинтез и биодеградация являются ключевыми элементами самодостаточности и требуют метаболизма для поддержания его формы и функций.

С помощью этой системы молекулы ДНК синтезируются и собираются в иерархические структуры, в результате чего получается нечто, способное увековечить динамичный, автономный процесс роста и распада.

Используя DASH, инженеры из Корнелла создали биоматериал, который может автономно выходить из своих наноразмерных строительных блоков и организовываться - сначала в полимеры, а затем в мезомасштабные формы. Начиная с начальной последовательности из 55 нуклеотидных оснований, молекулы ДНК были размножены сотни тысяч раз, создавая цепочки повторяющейся ДНК размером в несколько миллиметров. Затем реакционный раствор вводили в микрофлюидное устройство, которое обеспечивало жидкий поток энергии и необходимые строительные блоки для биосинтеза.

По мере того, как поток омывал материал, ДНК синтезировала свои собственные новые нити, при этом передняя часть материала росла, а хвостовая часть деградировала в оптимальном балансе. Таким образом, он сам передвигался, полз вперед против течения, подобно тому, как движутся слизевики.

Способность к движению позволила исследователям сталкивать наборы материала друг с другом в соревновательных гонках. Из-за случайности в окружающей среде одно тело в конечном итоге получит преимущество над другим, что позволит первому пересечь финишную черту.

"Конструкции все еще примитивны, но они показали новый путь к созданию динамических машин из биомолекул. Мы находимся на первом этапе создания реалистичных роботов с помощью искусственного метаболизма ", - сказал Шого Хамада, преподаватель и научный сотрудник лаборатории Luo, ведущий и соавтор статьи. "Даже из простого дизайна мы смогли создать сложные модели поведения, такие как гонки. Искусственный метаболизм может открыть новый рубеж в робототехнике".